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看数字相机镜片组发展趋势
可变镜头的设计,未来亦将成为数字相机的标准配备之一

【作者: 吳翔】2001年05月01日 星期二

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对镜片厂商来说,生产数字相机的镜片组须要更精准的轴面控制,成本也较高。好在传统相机镜片组的价格相当稳定(约美金3元)。相较之下,即使数字相机的镜片组需要较高的生产技术,价格也不致于水涨船高。


相机的镜片组发展至今,已有40余年的历史了。随着日本知名相机厂商Canon、Nikon及Ricoh等等公司的努力,将光学原理完美的呈现在镜片组的应用上,传统相机的镜片功能,出现了高倍数放大、广角、鱼眼等等各种不同种类的镜头组,让影像的呈现更充满了乐趣,一方面有助于相机本身的推广,另一方面也实际解决了许多相机代替肉眼撷取影像的失真问题。


自从1986年数字相机的概念问世以来,为了将数字相机的应用朝传统傻瓜相机市场看齐,推广者在技术上首要解决的问题集中色彩的真实呈现与画素质量的提升上,而在镜片组上的要求也与傻瓜相机相似,集中在自动对焦(Auto Focus)与倍数放大(Optical Zoom)等等。而随着数字相机的普及,价格愈来愈低,高像素的数字相机的功能也渐渐与专业传统相机的功能相提并论。因此,玩家对特殊镜头的要求渐渐出现,除了一般手动对焦功能外,广角镜头、鱼眼镜头、望远静头、甚至微距镜头的需求,也渐渐出现。


由于镜头组的搭配牵涉到纯粹光学的领域,与国内数字相机厂商较熟悉的机械或半导体领域有所差异,而镜片组的搭配,却又是影响产品定位与特性极为重要的部份,因此本文将就数字相机产品的不同像素的产品发展趋势,结合不同镜片组的特性,以归纳出未来数字相机搭配镜片组的方向,以为国内产业之参考。


数字相机镜片组特殊要求相对于传统相机,数字相机的设计结构更为复杂,因此镜片组的要求也较特殊。由于数字相机的影像感光是由感亮度较差的传感器(Sensor,CCD or CMOS)来感应,而非传统相机感亮度较高的胶卷(Film),因此在镜头的要求上,数字相机需要有更佳的透光率,以增加传感器的感亮度,以免在较为昏暗的光线下,影响画面的质量。


而由于胶卷的分辨率,即使是最普通的ISO100/21°胶卷,由于分辨率较高,相对应的镜头只要100条左右的分辨率。而相对来说,数字相机的传感器画素密度不及胶卷,因此其镜片需要160条以上的分辨率,才能得到相对应的影像质量。镜片组的分辨率愈高,制造所要求的精度也愈高,良率自然也愈低,成本自然也就受到影响。


再者,由于传统胶卷相机的感光区域对角线一般为43.2mm(约1.66英吋),镜头与感光区域的距离可为长焦(镜头焦距比感光区对角线长),而数字相机的传感器一般为1/3英吋,镜头必须距离感光区较近,故为短焦(镜头焦距比感光区对角线短)(图一)。一般来说,镜头的轴心与感光区域必须呈正90度角,否则影像边缘将会产生模糊不清的离焦现象。


而焦距愈短,避免离焦现象所能容忍的误差愈小,故对镜片生产厂商来说,生产数字相机的镜片组须要更精准的轴面控制,生产成本自然也就较高。好在传统相机镜片组的发展,已经40余年,价格相当稳定(目前约美金3元左右)。相较之下,即使数字相机的镜片组需要较高的生产技术,价格也不致于水涨船高。


相机镜片组的未来走向分析

要了解数字相机使用镜片组的未来走向,必须先确认两件事情:一是不同等级的传统相机搭配镜片组的趋势,二是数字相机的像素发展与不同等级传统相机间的关系。由于镜头的发展已有相当时日,价格已相当合理,一般传统相机的镜头功能都已相当完备。我们以市价150~200元美金左右的傻瓜相机为例,一般均配备自动对焦(Auto Focus)、可变焦距(Optical Zoom)等等功能,在画角(镜头中心点至胶卷对角线两端点的角度,角度愈大,则拍摄范围愈广)方面,则多为45度~55度的标准镜头,而少数较高档(300美金以上)的傻瓜相机,也有可提供60度角以上的广角功能。


而专业的单眼传统相机(市价至少约500美金以上),则可视情境需要,具备了更换镜头组的功能。一般来说,知名品牌如Nikon、Canon等,其单眼相机都具有标准接口环,方便别家厂商发展符合本厂机身的镜头组,而镜头组的种类,包含广角、鱼眼、望远及微距镜头等等,价格随功能而变化,甚有镜头较机身贵者,亦所在多有。



《图一 镜头焦距比感光区对角线短 》
《图一 镜头焦距比感光区对角线短 》

底片VS.画素

一般传统傻瓜相机采用35mm的底片,当洗成一般常见的4x6吋相片时,其画质相当于数字相机130万像素的水平,故知数字相机的未来走向,在低阶部份至少必须具备130万像素,才可能为市场长期接受。从(图二)可以看出,数字相机的发展,虽然一直往高像素的方向前进,但100万~200万像素的机型,在2002年以前,将可稳占30%以上的占有率,故只要厂商愿意配备合适的功能,一台规划良好的百万像素数字相机将有相当大的机会成为常青产品,成为厂商利润的主要来源。


而130万像素数字相机镜片组的功能,也必须与一般傻瓜相机的镜片组相当,才有长期竞争力。故未来100~200万像素的数字相机,必需至少配备自动对焦(Auto Focus)、可变焦距(Optical Zoom)等等功能,才有成为畅销常青机型的机会。


而300万像素以上的高阶数字相机,强调画质与色彩的呈现,虽然在影像放大后不及胶卷相机的画面质量,但在一般照片尺吋上表现已颇近胶卷相机的水平。目前300万像素以上的数字相机价格在800美金以上,与专业单眼相机价格大约相当,未来价格可望再降低,并有进入专业单眼相机市场的可能。


由于专业市场的数字相机尚未真正普及,Nikon、Canon等大厂目前仍未提出其品牌机身搭配镜头转换的标准接口规格,仅为其目前量产单一机型的数字相机提出了可换镜头组的概念。短期之内,部份高阶数字相机将可具备可更换广角或望远镜头的功能,但此功能仅限单一机型,不能转换。而长期来说,厂商必然将发展镜头转换标准接口规格,至少同一厂牌的高阶相机,镜头将可以互换。



《图二 数字相机的发展》
《图二 数字相机的发展》

国内厂商发展相机镜片组的现况

传统相机镜片组的发展,与日本大厂的策略息息相关,而过去日本传统相机大厂就已与我国厂商长期合作,委由我国厂商代工生产传统相机。当进入数字相机时代,此合作关系不但并未打破,反而更趋紧密。因此长久以来,我国相机厂商已具备生产数字相机专用镜头(即前述160条之高分辨率镜头)的能力,甚至自动对焦镜头(Auto Focus Lens),在生产上亦无问题。


但对于变焦镜头(Optical Zoom Lens),则受限于生产过程专利权均在日本厂商手中,而相关专利共有上百种,国内厂商虽有能力生产,但在不知生产过程中将碰触何者专利,故仍在与日商商谈阶段,并未生产供应。1999年,美商Kodak曾透过国内镜头组厂商询问我国数字相机厂商使用其变焦镜头的意愿,但当时我国数字相机厂商生产重点在于35万像素相机,大部份厂商并未进入百万像素领域,故并未正式引进。


成本太高 厂商望之却步

而2000年,国内大部份数字相机厂商均计划进入百万像素以上领域,由于附变焦功能的镜片组成本价差高达40元美金以上,部份厂商宁愿在后端芯片组发展Digital Zoom的变焦功能,而不愿投入镜片组提供的光学变焦(Optical zoom)功能。值得注意的是,由于数字变焦菜单现之效果远不及光学变焦,而有无光学变焦功能的数字相机Street Price价差将由2000年初的200元美金大幅下降至年底的100元美金左右,若国内厂商仍执意不引进光学变焦功能镜片,在光学变焦功能渐趋标准化的趋势下,其产品将较难占有相当地位。目前国内数字相机厂商使用之镜片零组件,包含国内镜头厂商大根、亚洲、保胜与先进等等,而日本厂商诸如京瓷(Kyocera)、理光(Ricoh)等,亦是常见供货商。而近来理光(Ricoh)开始与其它后端芯片组(ASIC)厂商合作搭售其光学变焦镜头,正好符合国内数字相机厂商近来产品发展上的需求。目前镜片组的关键材料塑料部份因热门商品CD-R采用相同材料而缺货,而玻璃部份则因日本大厂Hoya调整策略亦呈缺货,目前供应率仅约30%而已。


结论

综合以上分析,可知数字相机镜片组的趋势,可归纳为两个方向,一是在百万像素的机种上,因其配备势必与传统傻瓜相机看齐,且附有功能的镜片组价格愈来愈低,未来自动对焦(Auto Focus)与变焦功能(Optical zoom)可望成为标准配备。而在高阶数字相机的发展上,为应付专业摄影对应种种情境的不同需求,未来可变镜头的设计亦将成为标准。国内数字相机厂商应注意产品发展方向,以发展符合市场走向的产品。


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